Bentonit-Dispersionen mittels Ultraschall
- Bentonit-Ton, wie z.B. Calcium-Bentonit, Natrium-Bentonit und Kalium-Bentonit, wird hauptsächlich in Bohrschlämmen, als Bindemittel, Reiniger, Adsorbens und in Grundwassersperrschichten eingesetzt
- Aufgrund der starken Bindungs- und Van-der-Waals-Kräfte erfordert die Dispergierung von Bentonit hochintensive Scherkräfte, um die Agglomerate vollständig aufzubrechen.
- Das Dispergieren mittels Ultraschall ist eine äußerst zuverlässige Methode, um hochviskose Slurries mit hoher Feststoffkonzentration herzustellen. Im Vergleich mit konventionellen Dispergierern ist Ultraschall effizienter und schneller, so dass homogene Bentonit-Slurries schnell und einfach in großen Mengen produziert werden können.
Bentonit-Dispersion
Bentonit findet vielfältige Anwendungen, wie z.B. in Schmiermitteln, Verdickungsmitteln oder Adsorbens. Um die Materialeigenschaften ausnutzen zu können, müssen die Bentonitpartikel/-plättchen gleichmäßig dispergiert werden. Bentonitdispersionen haben eine hervorragende Quellfähigkeit und können viel Flüssigkeit adsorbieren. Wird Bentonit in Flüssigkeit dispergiert, formt die Bentonitdispersion eine hoch-thixotrope kolloidale Suspension oder ein Gel. Die kolloidalen Eigenschaften der Bentonitdispersion sind stark von der Dispersionsqualität abhängig. Daher ist die Beschallung die bevorzugte Dispergiertechnik, um hochwertige Bentonit-Slurries zu produzieren.
Ultraschalldispersion von Bentonit (durchgeführt mit dem Ultraschalldispergierer UIP2000hdT)
Problemstellung
Konventionelle Dispergiermethoden können oftmals nicht ausreichend intensive Scherkräfte aufbringen, die notwendig sind, um eine homogene Bentonit-Slurry herzustellen. Die Thixotropie von Bentonit sowie die Eigenschaften, sehr hohe Wassermengen binden und aufquellen zu können, erfordern eine Dispergiertechnologie, welche herkömmliche Durchschnittsdispergierer deutlich übertrifft, um Slurries mit hohe Viskosität zuverlässig zu verarbeiten und genügend Scherung aufbringt, um die Agglomerate aufzubrechen.
Die Viskosität einer Bentonitdispersion steigt mit zunehmender Konzentration. Konventionelle Misch- und Rühranlagen sind nicht in der Lage, die hochviskosen Slurries zu verarbeiten, was in mangelnder Dispersion und Hydratation niederschlägt.
Aufgrund unzureichender Mischkräfte müssen konventionelle Dispergierer mit zusätzlichen Verarbeitungsschritten, z.B. Mühlen, kombiniert werden.
Lösung
Hochleistungs-Ultraschallanlagen bieten intensiven Scherkräfte , welche die Bindungen zwischen den Bentonitpartikeln leicht aufbrechen. Hochviskose Bentonit-Slurries können homogen verarbeitet werden, indem die Slurry in einen Ultraschallreaktor geleitet wird, in dem alle Partikel zu einer einheitlichen Partikelgröße desagglomeriert und dispergiert werden. Durch die intensive Ultraschall-Agitation und -Scherung wird die ‘ Reduktion auf die angestrebte Partikelgröße erreicht. Hochleistungs-Ultraschall delaminiert und schält die Bentonitpartikel (Montmorillonit), wodurch die Partikeloberfläche vergrößert wird. Dadurch werden die Quellfähigkeit und Funktionalisierung von Bentonit verbessert.
Ultraschall-Dispergierung von Tonerden
Wirkprinzip: Werden hochintensive Ultraschallwellen in Flüssigkeit eingetragen, entsteht Kavitationerzeugt. Das ultraschall-gestützte Kavitation bedeutetet extrem hohe Scherkräfte. Daher eignet sich die ultraschall-gestützte Misch- und Dispergiertechnik ideal, um thixotrope Suspensionen mit hohen Partikelkonzentrationen zu erzeugen.
Aufgrund dieser intensiven Scherung dispergiert Ultraschall Bentonit-Slurries äußerst effizient. Da die Beschallung (Sonorisierung) als kontinuierlicher Inline-Prozess durchgeführt wird, können auch Slurries mit sehr hoher Viskosität wie z.B. Bohrspülungen, Bitumenemulsionen, Latex oder Farben.
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Industrielle Ultraschalldispergierer
- High-Speed-Dispergierung
- Hohe Feststoffkonzentration
- Nano-Dispersion
- Vollständige Hydrierung
- Keine „Fischaugen„
- Verbessertes Quellvermögen
- Partikel-Funktionalisierung
- Geliereffekt
- Homogene Verarbeitung
- Reproduzierbarkeit
- Höchste Produktqualität
Inline-Beschallung
Literatur
- Bergaya, F.; Theng, B.K.G.; Lagaly, G. (2011): Handbook of Clay Science. Elservier 1978.
- Grim, R.E:; Güven, N. (1978): Bentonites: Geology, mineralogy, properties and uses. Elservier 2011.
- Mekhamer, W. K. (2010): The colloidal stability of raw bentonite deformed mechanically by ultrasound. Journal of Saudi Chemical Society 14, 2010. 301-306.
- Wikipedia: Bentonit
Über Bentonit
Bentonit-Ton, wie z.B. Calciumbentonit, Natriumbentonit und Kaliumbentonit, bestehen hauptsächlich aus Smectite-Mineralien (meist Montmorillonit z.B. Al-Montmorillonit Al2O3• 4(SiO2)•H2O). Montmorillonit ist ein dioktaedrischer Smektit, aber es können auch andere Formen von Smektit auftreten. Der Smektit ist für die gewünschten Eigenschaften des Bentonits verantwortlich, aber auch die Art der austauschbaren Kationen in der Zwischenschicht beeinflusst die Eigenschaften. Daher können Bentonite mit Na+ als Zwischenschichtkation sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen als Bentonite, bei denen das Zwischenschichtkation Ca+ ist. Die meisten handelsüblichen Bentonite enthalten mehr als 80% Smektit, jedoch können verschiedene andere Mineralien als Verunreinigungen auftreten. Zu diesen Mineralien können Quarz, Feldspat, Calcit und Gips gehören. Das Vorhandensein dieser Mineralien kann den industriellen Wert beeinflussen und den Wert von Bentonit in Abhängigkeit von der spezifischen Anwendung reduzieren oder erhöhen. Bentonit präsentiert stark kolloidale Charakteristiken auf und seine Volumen erhöht mehrfach wenn es mit Wasser in Kontakt kommt, wodurch sich eine gallertartige und viskose Flüssigkeit ergibt. Die besonderen Eigenschaften von Bentonit, wie z.B. seine Hydratation, Quellfähigkeit, Wasseraufnahme, Viskosität und Thixotropie machen es zu einem wertvollen Material für zahlreiche Anwendungen.
Bentonit-Tone dienen häufig als Schmiermittel, Verdickungsmittel, Adsorbens, rheologische Additive, Bindemittel, Katalysatoren, Reiniger, Stabilisatoren, Emulgatoren oder Bleicherden. Aufgrund seiner Funktionalitäten verzweigen sich die vielfältigen Anwendungen der vskoelastischen Bentonitgele in die Mineralöl- & Bohr-Industrie, Chemie, Keramik, Gießerei, Bau- und Reinigungs-Industrie, Agro- & Spezial-Chemie, Papierherstellung, sowie in die Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharma-Branche.
Bentonit Derivate sind bekannt als Bentone, welche modifiziert wurden, um durch besondere Funktionalitäten spezielle Anwendungen erfüllen zu können. So werden Benton 52, Benton 57 und Benton 1000 beispielsweise als Verdickungsmittel in Farben und Lacken eingesetzt, während Bentone 27, Bentone 128, Bentone 150, Bentone 155 und Bentone 1000 als Rheologieadditive in der der Öl- & Bohrindustrie dienen. Bentone EW, Bentone HC, Bentone MA und Bentonit BC 342 werden als Verdicker und Geliermittel in Kosmetika und Pharmazeutika verwendet.
Hielscher's leistungsstarke Ultraschallmaschinen sind robust und erledigen das Dispergierung aller Bentonit, Hektorite und Bentone -Organoclays zuverlässig und effizient, so dass homogene Benton-Dispersionen, Bentongele oder andere Endproduktformulierungen entstehen.
Wissenswertes
Ultraschall-Homogenisatoren werden oft als Sonicator, Ultraschall-Lysegerät, Ultraschall-Disruptor, Ultraschall-Labormühle, Sono-Ruptor, Sonifier, Dismembrator, Zell-Disruptor, Ultraschall-Dispergierer oder Ultraschallemulgiergerät bezeichnet. Die unterschiedlichen Bezeichnungen ergeben sich aus den zahlreichen unterschiedlichen Anwendungen, für die Ultraschallgeräte eingesetzt werden.